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差分輸入的是将兩個輸入端的內插補點作為信号，這樣可以免去一些誤差，比如你輸入一個1V的信号電源有偏差，比實際輸入要大0.1.就可以用差分輸入1V和2V一減就把兩端共有的那0.1誤差減掉了。單端輸入無法去除這類誤差。
AD的差分輸入與單端輸入
差分信号和普通的單端信号走線相比，最明顯的優勢展現在以下三個方面：
什麼是儀表放大器
什麼是運算放大器
儀表放大器的優缺點
儀表放大器的優缺點
儀表放大器與運算放大器的差別是什麼？
差分輸入的是将兩個輸入端的內插補點作為信号，這樣可以免去一些誤差，比如你輸入一個1V的信号電源有偏差，比實際輸入要大0.1.就可以用差分輸入1V和2V一減就把兩端共有的那0.1誤差減掉了。單端輸入無法去除這類誤差。
AD的差分輸入與單端輸入
2018年01月09日 08:24:17 ALIFPGA 閱讀數：5346
AD的差分輸入與單端輸入
單端輸入，輸入信号均以共同的地線為基準。這種輸入方法主要應用于輸入信号電壓較高(高于1V)，信号源到模拟輸入硬體的導線較短(低于15 ft，1ft=304.8mm)，且所有的輸入信号共用一個基準地線。如果信号達不到這些标準，此時應該用差分輸入。對于差分輸入，每一個輸入信号都有自有的基準地線;由于共模噪聲可以被導線所消除，進而減小了噪聲誤差。
單端輸入時，是判斷信号與 GND 的電壓差。差分輸入時，是判斷兩個信号線的電壓差。
信号受幹擾時，差分的兩線會同時受影響，但電壓差變化不大。 (抗幹擾性較佳) 而單端輸入的一線變化時，GND不變，是以電壓差變化較大。(抗幹擾性較差)。
差分信号和普通的單端信号走線相比，最明顯的優勢展現在以下三個方面：
A．抗幹擾能力強，因為兩根差分走線之間的耦合很好，當外界存在噪聲幹擾時，幾乎是同時被耦合到兩條線上，而接收端關心的隻是兩信号的內插補點，是以外界的共模噪聲可以被完全抵消。
B．能有效抑制EMI，同樣的道理，由于兩根信号的極性相反，他們對外輻射的電磁場可以互相抵消，耦合的越緊密，洩放到外界的電磁能量越少。
C．時序定位精确，由于差分信号的開關變化是位于兩個信号的交點，而不像普通單端信号依靠高低兩個門檻值電壓判斷，因而受工藝，溫度的影響小，能降低時序上的誤差，同時也更适合于低幅度信号的電路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指這種小振幅差分信号技術。
當AD的輸入信号隻有一路時，為了更好地抑制共模噪聲，我們可以采用差分輸入方式。
什麼是儀表放大器
這是一個特殊的差動放大器，具有超高輸入阻抗，極其良好的CMRR，低輸入偏移，低輸出阻抗，能放大那些在共模電壓下的信号。
随着電子技術的飛速發展，運算放大電路也得到廣泛的應用。儀表放大器是一種精密差分電壓放大器，它源于運算放大器，且優于運算放大器。儀表放大器把關鍵元件內建在放大器内部，其獨特的結構使它具有高共模抑制比、高輸入阻抗、低噪聲、低線性誤差、低失調漂移增益設定靈活和使用友善等特點，使其在資料采集、傳感器信号放大、高速信号調節、醫療儀器和高檔音響裝置等方面倍受青睐。儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環增益元件，具有差分輸入和相對參考端的單端輸出。與運算放大器不同之處是運算放大器的閉環增益是由反相輸入端與輸出端之間連接配接的外部電阻決定，而儀表放大器則使用與輸入端隔離的内部回報電阻網絡。儀表放大器的 2 個差分輸入端施加輸入信号，其增益即可由内部預置，也可由使用者通過引腳内部設定或者通過與輸入信号隔離的外部增益電阻預置。
什麼是運算放大器
運算放大器（簡稱“運放”）是具有很高放大倍數的電路單元。在實際電路中，通常結合回報網絡共同組成某種功能子產品。它是一種帶有特殊耦合電路及回報的放大器。其輸出信号可以是輸入信号加、減或微分、積分等數學運算的結果。［1］ 由于早期應用于模拟計算機中，用以實作數學運算，故得名“運算放大器”。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實作，也可以實作在半導體晶片當中。随着半導體技術的發展，大部分的運放是以單晶片的形式存在。運放的種類繁多，廣泛應用于電子行業當中。
運放如圖有兩個輸入端a（反相輸入端），b（同相輸入端）和一個輸出端o。也分别被稱為倒向輸入端非倒向輸入端和輸出端。當電壓U-加在a端和公共端（公共端是電壓為零的點，它相當于電路中的參考結點。）之間，且其實際方向從a 端高于公共端時，輸出電壓U實際方向則自公共端指向o端，即兩者的方向正好相反。當輸入電壓U+加在b端和公共端之間，U與U+兩者的實際方向相對公共端恰好相同。
儀表放大器的優缺點
優點：精度高。缺點：貴
儀表放大器的優缺點
在內建電路工藝中還難與于制造電感元件；制造容量大于200pF的電容也比較困難，而且性能很不穩定，是以內建電路中應避免使用電容器。而運算放大器各級之間都采用直接耦合，基本不采用電容元件，是以适合用于內建化的要求。
高速運放，從飽和退出的時間，與比較器相比較，依然相當長。
儀表放大器與運算放大器的差別是什麼？
儀表放大器是一種具有差分輸入和相對參考端單端輸出的閉環增益單元。大多數情況下，儀表放大器的兩個輸入端阻抗平衡并且阻值很高，典型值≥109 Ω。其輸入偏置電流也應很低，典型值為 1 nA至 50 nA。與運算放大器一樣，其輸出阻抗很低，在低頻段通常僅有幾毫歐（mΩ）。運算放大器的閉環增益是由其反向輸入端和輸出端之間連接配接的外部電阻決定。與放大器不同的是，儀表放大器使用一個内部回報電阻網絡，它與其信号輸入端隔離 。對儀表放大器的兩個差分輸入端施加輸入信号，其增益既可由内部預置，也可由使用者通過引腳連接配接一個内部或者外部增益電阻器設定，該增益電阻器也與信号輸入端隔離。
專用的儀表放大器價格通常比較貴，于是我們就想能否用普通的運放組成儀表放大器？答案是肯定的。使用三個普通運放就可以組成一個儀用放大器。電路如下圖所示：
輸出電壓表達式如圖中所示。
看到這裡大家可能會問上述表達式是如何導出的？ 為何上述電路可以實作儀表放大器？下面我們就将探讨這些問題。在此之前，我們先來看如下我們很熟悉的差分電路：
如果R1 = R3，R2 = R4，則VOUT = （VIN2—VIN1）（R2/R1）
這一電路提供了儀表放大器功能，即放大差分信号的同時抑制共模信号，但它也有些缺陷。首先，同相輸入端和反相輸入端阻抗相當低而且不相等。在這一例子中VIN1反相輸入阻抗等于 100 kΩ，而VIN2同相輸入阻抗等于反相輸入阻抗的兩倍，即200 kΩ。是以，當電壓施加到一個輸入端而另一端接地時，差分電流将會根據輸入端接收的施加電壓而流入。（這種源阻抗的不平衡會降低電路的CMRR。）
另外，這一電路要求電阻對R1 /R2和R3 /R4的比值比對得非常精密，否則，每個輸入端的增益會有差異，直接影響共模抑制。例如，當增益等于 1 時，所有電阻值必須相等，在這些電阻器中隻要有一隻電 阻 值 有 0.1% 失 配 ， 其CMR便 下 降 到 66 dB（2000:1）。同樣，如果源阻抗有 100 Ω的不平衡将使CMR下降 6 dB。
為解決上述問題，我們在運放的正負輸入端都加上電壓跟随器以提高輸入阻抗。如下圖所示：
以上前置的兩個運放作為電壓跟随器使用，我們現在改為同相放大器，電路如下所示：
輸出電壓表達式如上圖所示。上圖所示的電路增加增益（A1 和 A2）時，它對差分信号增加相同的增益，也對共模信号增加相同的增益。也就是說，上述電路相對于原電路共模抑制比并沒有增加。
下面，要開始最巧妙的變化了！看電路先：
這種标準的三運放儀表放大器電路是對帶緩沖減法器電路巧妙的改進。像前面的電路一樣，上圖中A1 和A2 運算放大器緩沖輸入電壓。然而，在這種結構中，單個增益電阻器RG連接配接在兩個輸入緩沖器的求和點之間，取代了帶緩沖減法器電路的R6和R7。由于每個放大器求和點的電壓等于施加在各自正輸入端的電壓，是以，整個差分輸入電壓現在都呈現在RG兩端。因為輸入電壓經過放大後（在A1 和A2的輸出端）的差分電壓呈現在R5，RG和R6這三隻電阻上，是以差分增益可以通過僅改變RG進行調整。
這種連接配接有另外一個優點：一旦這個減法器電路的增益用比率比對的電阻器設定後，在改變增益時不再對電阻比對有任何要求。如果R5 = R6，R1= R3和R2 = R4，則VOUT = （VIN2-VIN1）（1+2R5/RG）（R2/R1）由于RG兩端的電壓等于VIN，是以流過RG的電流等于VIN/RG，是以輸入信号将通過A1 和A2 獲得增益并得到放大。然而須注意的是對加到放大器輸入端的共模電壓在RG兩端具有相同的電位，進而不會在RG上産生電流。由于沒有電流流過RG（也就無電流流過R5和R6），放大器A1 和A2 将作為機關增益跟随器而工作。是以，共模信号将以機關增益通過輸入緩沖器，而差分電壓将按〔1+（2 RF/RG）〕的增益系數被放大。這也就意味着該電路的共模抑制比相比與原來的差分電路增大了〔1+（2 RF/RG）〕倍！
在理論上表明，使用者可以得到所要求的前端增益（由RG來決定），而不增加共模增益和誤差，即差分信号将按增益成比例增加，而共模誤差則不然，是以比率〔增益（差分輸入電壓）/（共模誤差電壓）〕将增大。是以CMR理論上直接與增益成比例增加，這是一個非常有用的特性。
最後，由于結構上的對稱性，輸入放大器的共模誤差，如果它們跟蹤，将被輸出級的減法器消除。這包括諸如共模抑制随頻率變換的誤差。上述這些特性便是這種三運放結構得到廣泛應用的解釋。
到這裡，我們導出了這個經典電路的;來龍去脈： 差分放大器--》前置電壓跟随器--》電壓跟随器變為同相放大器--》三運放組成的儀用放大器。